信息語義透明性課件

8

數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換

分組交換

幀中繼ATM交換8數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換1交換的概念交換：在用戶之間有目的地互相傳遞信息(話音、文本、數(shù)據(jù)或圖像)。全連通網(wǎng)星型網(wǎng)Switch交換的概念交換：在用戶之間有目的地互相傳遞信息(話音、文本、2(a)Network(b)SwitchControl123N123NConnectionofinputstooutputsUser1SwitchLinkUsernUsern-1網(wǎng)絡(luò)與交換機(a)Network(b)SwitchControl3電話的典型連接方式交換網(wǎng)絡(luò)傳輸過程是：

模擬話音–PCM–PCM-模擬話音

電話的典型連接方式交換網(wǎng)絡(luò)傳輸過程是：模擬話音–PC4電話接入網(wǎng)localtelephoneofficeDistributionFrameServingAreaI/fServingAreaI/fPedestalfeedercableSwitchdistributioncable電話接入網(wǎng)localtelephoneofficeDis5公用交換電話網(wǎng)

(PSTN—PublicSwitchedTel.Net)分為三級：國際網(wǎng)、長途網(wǎng)和本地網(wǎng)各級網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)公用交換電話網(wǎng)

(PSTN—PublicSwitched6本地電話網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本地電話網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)7電話網(wǎng)的編號計劃（注意與后面的IP地址編號方式的比較）總長10位，不含長途字冠“0”編號規(guī)則：國際電話號碼：國際字冠+國家代碼+長途區(qū)號+本地編號國內(nèi)長途電話號碼：國內(nèi)長途字冠+長途區(qū)號+本地編號例如：00861068911841國際字冠+國家代碼+長途區(qū)號+本地編號電話網(wǎng)的編號計劃（注意與后面的IP地址編號方式的比較）8數(shù)據(jù)交換技術(shù)的類型按傳送與交換的信號類型分類模擬交換數(shù)字交換按信道占用方式分類電路交換分組交換按存儲轉(zhuǎn)發(fā)的信息單位分類報文交換分組交換按數(shù)據(jù)交換過程中對比特差錯控制方式分類快速分組交換：分組交換按同步方式分類同步交換異步交換數(shù)據(jù)交換技術(shù)的類型按傳送與交換的信號類型分類9交換方式同步傳送模式分組傳送模式電路交換多速率電路交換快速電路交換ATM交換快速分組交換幀交換分組交換交換方式又稱為傳送模式(TransferMode)。交換方式同步傳送模式分組傳送模式電路多速率快速ATM快速幀分10電路交換電路交換的過程電路交換的特點電路交換電路交換的過程11電路交換的過程三個階段：呼叫建立信息傳送連接釋放

類比：打電話的過程電路交換是最早出現(xiàn)的一種交換方式，也是應(yīng)用最廣泛的一種。

SignalSourceSignalReleaseSignalDestinationGoAheadMessage電路交換的過程三個階段：呼叫建立信息傳送12電路交換的優(yōu)缺點優(yōu)點數(shù)據(jù)傳輸速度快，一旦線路接通，數(shù)據(jù)直通，傳輸延遲時間短。數(shù)據(jù)按序傳送，先發(fā)送的數(shù)據(jù)先被收到。缺點獨占電路和一組用戶設(shè)備，其他用戶不能利用。電路交換的呼叫建立過程所花時間太長。由于計算機和各種終端的傳輸速率不一樣，很難使這些不同速率的設(shè)備互相通信。雙方數(shù)據(jù)通路建立連接以后，一旦出現(xiàn)了故障，都必須重新建立連接。這對重要的與緊急的通信很不利。綜上所述，計算機的數(shù)據(jù)通信必須尋找其它的交換技術(shù)。電路交換的優(yōu)缺點優(yōu)點13分組交換分組交換原理分組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和組成數(shù)據(jù)報與虛電路分組網(wǎng)中的路由技術(shù)最短路經(jīng)路由算法分組交換分組交換原理14報文交換采用了存儲轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)大大提高了線路利用率。優(yōu)點每一條信道可以被許多用戶共用。當(dāng)業(yè)務(wù)量增大時，將優(yōu)先級別高的報文先轉(zhuǎn)發(fā)出去?？梢栽黾硬铄e控制機制確保報文有序無誤地傳送?？梢赃M行不同速率、不同碼型交換，從而實現(xiàn)了不同種類終端間的數(shù)據(jù)傳送。缺點通過通信網(wǎng)絡(luò)的延遲等待時間過長，所以它不適合于實時的或會話式的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。要求交換機備有大容量的緩沖器。報文交換采用了存儲轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)大大提高了線路利用率。15分組交換的概念也稱包交換(PacketSwitching)。將用戶傳送的數(shù)據(jù)劃分成一定的長度(分組)；在每個分組的前面加一個分組頭，來指明該分組發(fā)往何地；交換機根據(jù)每個分組的地址標(biāo)志，將它們轉(zhuǎn)發(fā)至目的地。進行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。分組交換的概念也稱包交換(PacketSwitching)16為什么要分組交換數(shù)據(jù)源的突發(fā)性例子–網(wǎng)頁瀏覽用戶要瀏覽網(wǎng)頁，首先要建立TCP連接，發(fā)送包含地址信息的請求服務(wù)器通過HTTP響應(yīng)用戶的要求，返回需要的文件關(guān)閉TCP連接，離線瀏覽為什么要分組交換數(shù)據(jù)源的突發(fā)性例子–網(wǎng)頁瀏覽用戶要瀏覽網(wǎng)17分組交換的特點復(fù)用信道多速率接入超容量降低傳輸質(zhì)量，但仍接收分配優(yōu)先權(quán)可靠傳輸分組交換的特點復(fù)用信道18分組(Packet)的形成分組=分組頭+信息包分組的概念是1967年由英國國家物理實驗室NPL提出的。分組(Packet)的形成分組=分組頭+信息包分組的概念是119分組交換網(wǎng)的組成NetworkPacketswitchTransmissionlink分組交換網(wǎng)的組成NetworkPacketswitchTr203211221321122121MediumAB3211221C212121341234端系統(tǒng)A端系統(tǒng)BNetwork12物理層實體數(shù)據(jù)鏈路層實體3結(jié)點中的網(wǎng)絡(luò)層實體3終端的網(wǎng)絡(luò)層實體運輸層實體43211221321122121MediumAB32112221分組交換與電路交換的比較電路交換分組交換傳輸路徑每次確定每分組不同實時通信實時交互式網(wǎng)絡(luò)延時小，但有初始化延時大線路利用率低高速率變換無有使用帶寬固定可變差錯控制無有網(wǎng)絡(luò)過載影響增大呼損增大延時計費方式距離和時間流量和時間分組交換與電路交換的比較電路交換分組交換傳輸路徑每次確定每分22兩種服務(wù)方式面向連接用戶的數(shù)據(jù)能夠確保正確傳輸無連接用戶的數(shù)據(jù)不能確保正確傳輸兩種服務(wù)方式面向連接23兩種交換機制數(shù)據(jù)報每個分組獨立處理，獨自選擇在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)穆酚桑贿M行數(shù)據(jù)校驗和重傳虛電路首先要建立鏈路，所有分組均在這個連接上進行傳送，幀順序和路徑都是確定的。兩種交換機制數(shù)據(jù)報24虛電路和數(shù)據(jù)報交換與電路交換的比較虛電路和數(shù)據(jù)報交換與電路交換的比較25X.25建議書X.25協(xié)議的作用范圍X.25建議書X.25協(xié)議的作用范圍26X.25分組的格式X.25分組的格式27幀中繼幀中繼所提供的服務(wù)幀中繼的體系結(jié)構(gòu)幀中繼的幀格式幀中繼的優(yōu)點與應(yīng)用幀中繼幀中繼所提供的服務(wù)28幀中繼產(chǎn)生的背景分組交換網(wǎng)絡(luò)易受干擾而產(chǎn)生誤碼。傳輸設(shè)施基本是借用了模擬的電話線路；分組交換網(wǎng)絡(luò)在每個結(jié)點都需做大量的處理工作。每個結(jié)點要把一完整的幀信息接收下來，只有當(dāng)收到的幀被檢查且確定無差錯后，才把它交給網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為了確保在每個信道上按序正確傳輸，還要有一些處理所帶來的開銷。減少分組在傳輸過程中在每個結(jié)點上的差錯檢查和其它處理所花的時間。幀中繼一方面要求網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率高，能快速響應(yīng)，并滿足傳輸突發(fā)信息的要求；另一方面，由于光纖通信的普及，通信線路傳輸速率和質(zhì)量提高。幀中繼是對X.25分組交換技術(shù)的一種改進。幀中繼在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)計復(fù)用的一種快速分組交換技術(shù)。幀中繼產(chǎn)生的背景分組交換網(wǎng)絡(luò)易受干擾而產(chǎn)生誤碼。傳輸設(shè)施基本29幀中繼的基本原理幀中繼的基本原理30幀中繼所提供的服務(wù)幀中繼所提供的服務(wù)31幀中繼的體系結(jié)構(gòu)幀中繼的體系結(jié)構(gòu)32幀中繼的幀格式幀中繼的幀格式33ATM交換ATM技術(shù)的基本特點ATM網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)ATM的信元格式ATM交換原理服務(wù)質(zhì)量(QOS)ATM交換ATM技術(shù)的基本特點34ATM技術(shù)的提出ATM最早在1983年由CNET和AT&T開展研究，1984年AlcatelBell研究中心公布ATM的概念，1988年CCITTTG18定名為ATM，（AsynchronousTransferMode）。TransferMode實際上是一種信息轉(zhuǎn)發(fā)或交換的方式，ATM既不是電路交換，也不是分組交換，而是一種新的交換方式，稱為信元交換(CellSwitch)。所謂Asynchronous（異步）體現(xiàn)在與TDM固定時隙相反，用戶可以隨時發(fā)信息。ATM技術(shù)的提出ATM最早在1983年由CNET和AT&T開35ATM定義ATM是一種傳遞模式，在這種模式中，信息被分成信元來傳遞，而包含同一用戶信息的信元不需要在傳輸鏈路上周期性地出現(xiàn)。因此這種傳遞模式是異步的。ITU-TI.113ATMis“Atransfermodeinwhichtheinformationisorganizedintocells;itisasynchronousinthesensethattherecurrenceofcellscontaininginformationfromanindividualuserisnotnecessarilyperiodic.”ATM定義ATM是一種傳遞模式，在這種模式中，信息被分成信元36ATM的復(fù)用方式TDM采用固定時隙，存在時隙的浪費。而ATM不受時隙的影響，可以隨時將信元復(fù)用到信道上。ATM的復(fù)用方式TDM采用固定時隙，存在時隙的浪費。而ATM37MUX`WastedbandwidthATMTDM4321432143214313221VoiceDatapacketsImagesFigure7.37TDM/ATMMUX`WastedbandwidthATMTDM438ATM是面向連接的ATM采用虛電路的方式交換信息，用戶向網(wǎng)絡(luò)提交信息之前要首先建立連接，聲明所需的信元特性和QoS，包括峰值信元速率、最大包長、信元延時、信元丟失率等參數(shù)。ATM傳輸和交換過程中采用兩種連接形式，即虛通道(VirtualChannel)連接和虛通路(VirtualPath)連接。ATM是面向連接的ATM采用虛電路的方式交換信息，用戶向網(wǎng)絡(luò)39VP與VC的概念VP與VC的概念40ExampleofVPsandVCsExampleofVPsandVCs41ATM交換ATM交換是基于VPI/VCI組合實現(xiàn)的。ATM交換機實際上是將一個輸入的VPI/VCI信元，映射到輸出VPI/VCI信元。交換方式有兩種：VP交換和VC交換。引入VP交換的好處：①便于管理，簡化ATM交換機；②提高ATM交換的速率。ATM由ITU-T主管，由ATMForum管理具體的標(biāo)準(zhǔn)。ATM交換ATM交換是基于VPI/VCI組合實現(xiàn)的。ATM交42ArchitectureofanATMNetworkArchitectureofanATMNetwork43信息語義透明性課件44ATM特點

不進行逐段鏈路差錯和流量控制

面向連接

信頭功能簡單

信元長度小而固定

用戶信息透明地穿過網(wǎng)絡(luò)ATM特點不進行逐段鏈路差錯和流量控制45ATM的優(yōu)點支持任何業(yè)務(wù)（不同速率，不同突發(fā)性，不同實時性）有效利用網(wǎng)絡(luò)資源（統(tǒng)計復(fù)用）單一通信網(wǎng)（B-ISDN）ATM的優(yōu)點支持任何業(yè)務(wù)（不同速率，不同突發(fā)性，不同實時46ATM網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)ATM網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)47四層三面的立體結(jié)構(gòu)。四層是高層、AAL層、ATM層和物理層。 與OSI七層的對應(yīng)關(guān)系是：高層 –NL3層、4-7層AAL、ATM–DL2層物理層 –PH1層（問題：ATM是屬于第二層還是第三層協(xié)議？）有的參考書上寫ATM屬于一層半(1.5層)協(xié)議。三個面是用戶面、控制面和管理面。前兩個面可以理解為用戶-網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)和網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口(NNI)。注意，管理面是針對全部協(xié)議的。四層三面的立體結(jié)構(gòu)。48管理平面提供了層管理和平面管理兩種功能。層管理執(zhí)行與各層實體中的資源和參數(shù)有關(guān)的功能。平面管理執(zhí)行與系統(tǒng)整體有關(guān)的管理功能，協(xié)調(diào)各平面之間的關(guān)系。平面管理不分層次。這兩種管理共同完成整個網(wǎng)絡(luò)的維護與運行功能。用戶平面與控制平面用戶平面用來傳送用戶數(shù)據(jù)、流量控制、差錯控制和其它一些用戶功能信息；控制平面處理為建立和釋放連接所需的信令。管理平面49信息語義透明性課件50物理層分為兩個子層：物理媒體相關(guān)(PhysicalMediaDependent)子層，即PMD子層，和傳輸匯聚(TransmissionConvergence)子層，即TC子層。PMD子層。負(fù)責(zé)在物理媒體上正確傳輸和接收比特流。它完成只和媒體相關(guān)的功能。例如，線路編碼與解碼、比特定時、光電信號轉(zhuǎn)換等。TC子層。實現(xiàn)信元流和比特流的轉(zhuǎn)換，包括速率匹配(空閑信元的插入)、信元定界與同步、傳輸幀的產(chǎn)生與恢復(fù)等。物理層分為兩個子層：物理媒體相關(guān)(PhysicalMedi51PhysicallayerTransmissionconvergencesublayerPhysicalmediumdependentsublayerPhysicalmediumATMlayerPhysicallayerFigure9.6PhysicallayerTransmissioncon52ATM層主要完成交換功能和復(fù)用功能。生成(或去除)信元標(biāo)頭，裝配(或拆卸)信元，實現(xiàn)信元的復(fù)用與解復(fù)用。信元的VPI/VCI轉(zhuǎn)接，即完成信元交換功能。一般的流量控制。匯集信元到物理接口(或從物理接分檢信元)。網(wǎng)絡(luò)阻塞控制與放棄信元。ATM層主要完成交換功能和復(fù)用功能。53ATMLayerATMLayer54ATM適配層(AAL)增強ATM層所提供的服務(wù)，并向高層提供各種不同的服務(wù)。AAL層又劃分為兩個子層匯聚子層CS(ConvergenceSublayer)。使ATM系統(tǒng)可以對不同的應(yīng)用(如文件傳送、視頻點播……)提供相應(yīng)的服務(wù)。每一個AAL用戶通過服務(wù)訪問點SAP接入AAL層。在CS子層形成協(xié)議數(shù)據(jù)單元CS-PDU。拆裝子層SAR(SegmentationAndReassembly)。在發(fā)送時，將CS-PDU劃分成長度為48字節(jié)的單元，交給ATM層作為信元的凈荷。在接收時，SAR子層進行相反的操作，將ATM層交上來的48字節(jié)的凈荷裝配在CS-PDU。ATM適配層(AAL)增強ATM層所提供的服務(wù)，并向高層提供55AALLayerSegmentationandReassemblySublayerAALLayerConvergenceSublayerCommonPartServiceSpecificConvergenceSublayerFigure9.9AALLayerSegmentationandReas56ATMLayersinEnd-PointDevicesandSwitchesATMLayersinEnd-PointDevice57ATM網(wǎng)絡(luò)向用戶所提供的服務(wù)服務(wù)類別(class)A類B類C類D類AAL類型(type)AAL1AAL5AAL2AAL5AAL3/4AAL5AAL3/4AAL5比特率恒定可變是否需同步需要不需要連接方式面向連接應(yīng)用舉例64kbps話音變比特圖像面向連接數(shù)據(jù)無連接數(shù)據(jù)ATM網(wǎng)絡(luò)向用戶所提供的服務(wù)服務(wù)類別A類B類C類D類AAL類58AAL層的類型AAL1類型針對電路交換業(yè)務(wù)AAL2類型針對低速率、短時延的分組業(yè)務(wù)AAL3/4類型針對無連接的可變速率數(shù)據(jù)AAL5類型面向連接的可變速率數(shù)據(jù)不做任何處理，只增加8字節(jié)的Trailer，加上PAD后變?yōu)?8字節(jié)的整數(shù)倍，然后送給SAR層。SAAL類型(SignalingAAL)AAL層的類型AAL1類型59AALTypesAALTypes60AAL1AAL161AAL2AAL262AAL3/4AAL3/463AAL5AAL564中間的ATM交換機只負(fù)責(zé)到ATM層的轉(zhuǎn)發(fā)。

AALATMUserinformationUserinformationAALATMPHYPHYATMPHYATMPHY…EndsystemEndsystemNetwork用戶面協(xié)議端到端傳輸過程中間的ATM交換機只負(fù)責(zé)到ATM層的轉(zhuǎn)發(fā)。AALATMUs65ATM信元ATM信元大小的確定ATM信元的結(jié)構(gòu)HEC控制算法ATM信元的定界ATM信元ATM信元大小的確定66ATM信元大小的確定信元大小的確定取決于三個因素傳輸效率時延實現(xiàn)的復(fù)雜性。從實時通信來看，小的信元可以減小時延和排隊時間，固定大小便于硬件處理和交換，但信元過小會降低傳輸效率。歐洲提出32+4的方案。美國提出64+5的方案，經(jīng)過長期爭論，最后ITU-T采取折衷的方式：（32+64）/2=48。（不倫不類，不是二的冪次，后患無窮。）

ATM信元大小的確定信元大小的確定取決于三個因素67ATM信元的幀格式ATM信元的幀格式68ATMcellheaderGFC(4bits)VPI(4bits)VPI(4bits)VCI(4bits)VCI(8bits)VCI(4bits)PT(3bits)CLP(1bit)HEC(8bits)Payload(48bytes)ATM信元的結(jié)構(gòu)ATMcellheaderGFC(4bits)VPI69ATM信元的結(jié)構(gòu)ATM信元=5字節(jié)的信頭+48字節(jié)的信息GFC一般流量控制，只用于UNI，而在NNI中GFC的4比特用于VPI。VPI虛通路，對UNI是8比特，對NNI是12比特。VCI虛通道，12比特。PT=PayloadType=b0b1b2,b0=0data,b0=1control。CLP=CellLossPriority比特,CLP=1表示可丟，CLP=0不可丟。HEC=HeaderChecksum，8比特，是前四個字節(jié)的校驗，采用CRC-8=X^8+X^2+X+1。ATM信元的結(jié)構(gòu)ATM信元=5字節(jié)的信頭+48字節(jié)的70VirtualConnectionIdentifiersinUNIsandNNIsVirtualConnectionIdentifiers71ATMHeaderATMHeader72PTFieldsPTFields73沒有幀標(biāo)志字段，完全依靠HEC信頭的特性來確定ATM信元。糾錯狀態(tài)–檢錯狀態(tài)HEC控制算法沒有幀標(biāo)志字段，完全依靠HEC信頭的特性來確定ATM信元。H74ATM信頭的差錯控制算法ATM信頭的差錯控制算法75接收端HEC的控制算法接收端HEC的控制算法76ATM信元的定界基于HEC同步算法注意ATM中沒有采用HDLC的幀結(jié)構(gòu)，有自己獨特的檢驗和定界算法。ATM信元可以放入其它數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中傳輸，例如ATM信元可以在SDH中傳輸。但ATM信元本身有定界特性，因此，也可以直接放在物理層上傳輸。ATM信元的定界基于HEC同步算法77ATM信元的定界方法ATM信元的定界方法78ATM信元在SDH中的傳輸ATM信元在SDH中的傳輸79虛連接ATM中由兩種虛連接VP和VC。其中，VC連接又可以分為PVC(PermanentVirtualConnection)SVC(SwitchedVirtualConnection)虛連接ATM中由兩種虛連接VP和VC。80ConnectionIdentifiersConnectionIdentifiers81SVCSetupSVC82ATM交換過程ATM交換過程83QoS服務(wù)質(zhì)量持續(xù)的信元速率峰值信元速率最小信元速率信元延遲抖動偏差信元丟失率信元傳送時延信元時延偏差誤信元率QoS服務(wù)質(zhì)量持續(xù)的信元速率峰值信元速率最小信元速率信元延遲84ATM網(wǎng)絡(luò)性能信息（語義）透明性（Information(Semantic)transparency）BER（誤比特率）PER（分組差錯率）PLR（分組丟失率）PIR（分組誤插率）

時間透明性（Timetransparency）Delay（時延），Delayjitter（時延抖動）ATM網(wǎng)絡(luò)性能信息（語義）透明性85NumberoferroneousbitsTotalnumberofbitssent分組差錯率PER=NumberoferroneouspacketsTotalnumberofpacketsent分組丟失率PLR=NumberoflostpacketsTotalnumberofpacketsent分組誤插率PIR=NumberofinsertedpacketsTotalnumberofpacketsent誤比特率BER=信息（語義）透明性NumberoferroneousbitsTotal86QoS參數(shù)定義了六個QoS參數(shù)：誤信元率CERCellErrorRatio信元誤插入率CMRCellMisinsertionRate嚴(yán)重錯誤信元組率SECBRSeverely-erroredcellblockratio信元丟失率CLRCellLossRatio信元傳輸延時CTDCellTransferDelay信元時延抖動CDVCellDelayVariationQoS參數(shù)定義了六個QoS參數(shù)：87

業(yè)務(wù)描述參數(shù)PCRPeakCellRateSCRSustainableCellRateMBSMaximumBurstSizeMCRMinimumCellRateCDVTCellDelayVariationTolerance

業(yè)務(wù)描述參數(shù)PCRPeakCellRate88ATM服務(wù)類型CBRConstantBitRatert-VBRreal-timeVariableBitRatenrt-VBRnonreal-timeVariableBitRateABRAvailableBitRateUBRUnspecifiedBitRateATM服務(wù)類型CBRConstantBitRate89ServiceClassesServiceClasses90ServiceClassesandCapacityofNetworkServiceClassesandCapacityo91A/DAALVoices1,s2…DigitalvoicesamplesA/DAALVideo…CompressioncompressedframespictureframesAALDataBurstyvariable-lengthpacketscellscellscellsFigure9.3A/DAALVoices1,s2…Digitalvo92ATM的應(yīng)用ATMWANATM用于遠程連接多種網(wǎng)絡(luò)形式ATMLANATM用于局域網(wǎng)的連接ATM的應(yīng)用ATMWAN93ATMWANATMWAN94EthernetSwitchandATMSwitchEthernetSwitchandATMSwitc95LANEApproachLANEApproach96ATM的未來“ATMisdead,LongliveATM.”ATM與ISDN遭受同樣的命運？“計劃經(jīng)濟比不過市場經(jīng)濟”IP也在改進，增加QoS功能，速率也在提高，如LSR線速率路由器IPoverATMoverSDHoverfiberIPoverfiberorIPoverDWDMATM的未來“ATMisdead,Longlive97(附)ATM交換技術(shù)與ATM交換機(附)ATM交換技術(shù)與ATM交換機98ATM交換的基本原理信頭信元數(shù)據(jù)隊列輸出信頭信頭/鏈路翻譯表輸入信頭翻譯表輸入鏈路時隙輸出電路時隙kknnggmlizyyxxssOOOOlll12q12nOOOOO1q212qkmlnigxyzxsy1lln...數(shù)據(jù)txATM交換的基本原理信頭信元數(shù)據(jù)隊列輸出信頭信頭/鏈路輸入信99RoutingwithaVPSwitchRoutingwithaVPSwitch100AConceptualViewofaVPSwitchAConceptualViewofaVPSwit101RoutingwithaVPCSwitch

RoutingwithaVPCSwitch

102AConceptualViewofaVPCSwitchAConceptualViewofaVPCSwi103CrossbarSwitchCrossbarSwitch104ABanyanSwitchABanyanSwitch1058

數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換

分組交換

幀中繼ATM交換8數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換106交換的概念交換：在用戶之間有目的地互相傳遞信息(話音、文本、數(shù)據(jù)或圖像)。全連通網(wǎng)星型網(wǎng)Switch交換的概念交換：在用戶之間有目的地互相傳遞信息(話音、文本、107(a)Network(b)SwitchControl123N123NConnectionofinputstooutputsUser1SwitchLinkUsernUsern-1網(wǎng)絡(luò)與交換機(a)Network(b)SwitchControl108電話的典型連接方式交換網(wǎng)絡(luò)傳輸過程是：

模擬話音–PCM–PCM-模擬話音

電話的典型連接方式交換網(wǎng)絡(luò)傳輸過程是：模擬話音–PC109電話接入網(wǎng)localtelephoneofficeDistributionFrameServingAreaI/fServingAreaI/fPedestalfeedercableSwitchdistributioncable電話接入網(wǎng)localtelephoneofficeDis110公用交換電話網(wǎng)

(PSTN—PublicSwitchedTel.Net)分為三級：國際網(wǎng)、長途網(wǎng)和本地網(wǎng)各級網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)公用交換電話網(wǎng)

(PSTN—PublicSwitched111本地電話網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本地電話網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)112電話網(wǎng)的編號計劃（注意與后面的IP地址編號方式的比較）總長10位，不含長途字冠“0”編號規(guī)則：國際電話號碼：國際字冠+國家代碼+長途區(qū)號+本地編號國內(nèi)長途電話號碼：國內(nèi)長途字冠+長途區(qū)號+本地編號例如：00861068911841國際字冠+國家代碼+長途區(qū)號+本地編號電話網(wǎng)的編號計劃（注意與后面的IP地址編號方式的比較）113數(shù)據(jù)交換技術(shù)的類型按傳送與交換的信號類型分類模擬交換數(shù)字交換按信道占用方式分類電路交換分組交換按存儲轉(zhuǎn)發(fā)的信息單位分類報文交換分組交換按數(shù)據(jù)交換過程中對比特差錯控制方式分類快速分組交換：分組交換按同步方式分類同步交換異步交換數(shù)據(jù)交換技術(shù)的類型按傳送與交換的信號類型分類114交換方式同步傳送模式分組傳送模式電路交換多速率電路交換快速電路交換ATM交換快速分組交換幀交換分組交換交換方式又稱為傳送模式(TransferMode)。交換方式同步傳送模式分組傳送模式電路多速率快速ATM快速幀分115電路交換電路交換的過程電路交換的特點電路交換電路交換的過程116電路交換的過程三個階段：呼叫建立信息傳送連接釋放

類比：打電話的過程電路交換是最早出現(xiàn)的一種交換方式，也是應(yīng)用最廣泛的一種。

SignalSourceSignalReleaseSignalDestinationGoAheadMessage電路交換的過程三個階段：呼叫建立信息傳送117電路交換的優(yōu)缺點優(yōu)點數(shù)據(jù)傳輸速度快，一旦線路接通，數(shù)據(jù)直通，傳輸延遲時間短。數(shù)據(jù)按序傳送，先發(fā)送的數(shù)據(jù)先被收到。缺點獨占電路和一組用戶設(shè)備，其他用戶不能利用。電路交換的呼叫建立過程所花時間太長。由于計算機和各種終端的傳輸速率不一樣，很難使這些不同速率的設(shè)備互相通信。雙方數(shù)據(jù)通路建立連接以后，一旦出現(xiàn)了故障，都必須重新建立連接。這對重要的與緊急的通信很不利。綜上所述，計算機的數(shù)據(jù)通信必須尋找其它的交換技術(shù)。電路交換的優(yōu)缺點優(yōu)點118分組交換分組交換原理分組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和組成數(shù)據(jù)報與虛電路分組網(wǎng)中的路由技術(shù)最短路經(jīng)路由算法分組交換分組交換原理119報文交換采用了存儲轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)大大提高了線路利用率。優(yōu)點每一條信道可以被許多用戶共用。當(dāng)業(yè)務(wù)量增大時，將優(yōu)先級別高的報文先轉(zhuǎn)發(fā)出去?？梢栽黾硬铄e控制機制確保報文有序無誤地傳送?？梢赃M行不同速率、不同碼型交換，從而實現(xiàn)了不同種類終端間的數(shù)據(jù)傳送。缺點通過通信網(wǎng)絡(luò)的延遲等待時間過長，所以它不適合于實時的或會話式的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。要求交換機備有大容量的緩沖器。報文交換采用了存儲轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)大大提高了線路利用率。120分組交換的概念也稱包交換(PacketSwitching)。將用戶傳送的數(shù)據(jù)劃分成一定的長度(分組)；在每個分組的前面加一個分組頭，來指明該分組發(fā)往何地；交換機根據(jù)每個分組的地址標(biāo)志，將它們轉(zhuǎn)發(fā)至目的地。進行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。分組交換的概念也稱包交換(PacketSwitching)121為什么要分組交換數(shù)據(jù)源的突發(fā)性例子–網(wǎng)頁瀏覽用戶要瀏覽網(wǎng)頁，首先要建立TCP連接，發(fā)送包含地址信息的請求服務(wù)器通過HTTP響應(yīng)用戶的要求，返回需要的文件關(guān)閉TCP連接，離線瀏覽為什么要分組交換數(shù)據(jù)源的突發(fā)性例子–網(wǎng)頁瀏覽用戶要瀏覽網(wǎng)122分組交換的特點復(fù)用信道多速率接入超容量降低傳輸質(zhì)量，但仍接收分配優(yōu)先權(quán)可靠傳輸分組交換的特點復(fù)用信道123分組(Packet)的形成分組=分組頭+信息包分組的概念是1967年由英國國家物理實驗室NPL提出的。分組(Packet)的形成分組=分組頭+信息包分組的概念是1124分組交換網(wǎng)的組成NetworkPacketswitchTransmissionlink分組交換網(wǎng)的組成NetworkPacketswitchTr1253211221321122121MediumAB3211221C212121341234端系統(tǒng)A端系統(tǒng)BNetwork12物理層實體數(shù)據(jù)鏈路層實體3結(jié)點中的網(wǎng)絡(luò)層實體3終端的網(wǎng)絡(luò)層實體運輸層實體43211221321122121MediumAB321122126分組交換與電路交換的比較電路交換分組交換傳輸路徑每次確定每分組不同實時通信實時交互式網(wǎng)絡(luò)延時小，但有初始化延時大線路利用率低高速率變換無有使用帶寬固定可變差錯控制無有網(wǎng)絡(luò)過載影響增大呼損增大延時計費方式距離和時間流量和時間分組交換與電路交換的比較電路交換分組交換傳輸路徑每次確定每分127兩種服務(wù)方式面向連接用戶的數(shù)據(jù)能夠確保正確傳輸無連接用戶的數(shù)據(jù)不能確保正確傳輸兩種服務(wù)方式面向連接128兩種交換機制數(shù)據(jù)報每個分組獨立處理，獨自選擇在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)穆酚桑贿M行數(shù)據(jù)校驗和重傳虛電路首先要建立鏈路，所有分組均在這個連接上進行傳送，幀順序和路徑都是確定的。兩種交換機制數(shù)據(jù)報129虛電路和數(shù)據(jù)報交換與電路交換的比較虛電路和數(shù)據(jù)報交換與電路交換的比較130X.25建議書X.25協(xié)議的作用范圍X.25建議書X.25協(xié)議的作用范圍131X.25分組的格式X.25分組的格式132幀中繼幀中繼所提供的服務(wù)幀中繼的體系結(jié)構(gòu)幀中繼的幀格式幀中繼的優(yōu)點與應(yīng)用幀中繼幀中繼所提供的服務(wù)133幀中繼產(chǎn)生的背景分組交換網(wǎng)絡(luò)易受干擾而產(chǎn)生誤碼。傳輸設(shè)施基本是借用了模擬的電話線路；分組交換網(wǎng)絡(luò)在每個結(jié)點都需做大量的處理工作。每個結(jié)點要把一完整的幀信息接收下來，只有當(dāng)收到的幀被檢查且確定無差錯后，才把它交給網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議為了確保在每個信道上按序正確傳輸，還要有一些處理所帶來的開銷。減少分組在傳輸過程中在每個結(jié)點上的差錯檢查和其它處理所花的時間。幀中繼一方面要求網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率高，能快速響應(yīng)，并滿足傳輸突發(fā)信息的要求；另一方面，由于光纖通信的普及，通信線路傳輸速率和質(zhì)量提高。幀中繼是對X.25分組交換技術(shù)的一種改進。幀中繼在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)計復(fù)用的一種快速分組交換技術(shù)。幀中繼產(chǎn)生的背景分組交換網(wǎng)絡(luò)易受干擾而產(chǎn)生誤碼。傳輸設(shè)施基本134幀中繼的基本原理幀中繼的基本原理135幀中繼所提供的服務(wù)幀中繼所提供的服務(wù)136幀中繼的體系結(jié)構(gòu)幀中繼的體系結(jié)構(gòu)137幀中繼的幀格式幀中繼的幀格式138ATM交換ATM技術(shù)的基本特點ATM網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)ATM的信元格式ATM交換原理服務(wù)質(zhì)量(QOS)ATM交換ATM技術(shù)的基本特點139ATM技術(shù)的提出ATM最早在1983年由CNET和AT&T開展研究，1984年AlcatelBell研究中心公布ATM的概念，1988年CCITTTG18定名為ATM，（AsynchronousTransferMode）。TransferMode實際上是一種信息轉(zhuǎn)發(fā)或交換的方式，ATM既不是電路交換，也不是分組交換，而是一種新的交換方式，稱為信元交換(CellSwitch)。所謂Asynchronous（異步）體現(xiàn)在與TDM固定時隙相反，用戶可以隨時發(fā)信息。ATM技術(shù)的提出ATM最早在1983年由CNET和AT&T開140ATM定義ATM是一種傳遞模式，在這種模式中，信息被分成信元來傳遞，而包含同一用戶信息的信元不需要在傳輸鏈路上周期性地出現(xiàn)。因此這種傳遞模式是異步的。ITU-TI.113ATMis“Atransfermodeinwhichtheinformationisorganizedintocells;itisasynchronousinthesensethattherecurrenceofcellscontaininginformationfromanindividualuserisnotnecessarilyperiodic.”ATM定義ATM是一種傳遞模式，在這種模式中，信息被分成信元141ATM的復(fù)用方式TDM采用固定時隙，存在時隙的浪費。而ATM不受時隙的影響，可以隨時將信元復(fù)用到信道上。ATM的復(fù)用方式TDM采用固定時隙，存在時隙的浪費。而ATM142MUX`WastedbandwidthATMTDM4321432143214313221VoiceDatapacketsImagesFigure7.37TDM/ATMMUX`WastedbandwidthATMTDM4143ATM是面向連接的ATM采用虛電路的方式交換信息，用戶向網(wǎng)絡(luò)提交信息之前要首先建立連接，聲明所需的信元特性和QoS，包括峰值信元速率、最大包長、信元延時、信元丟失率等參數(shù)。ATM傳輸和交換過程中采用兩種連接形式，即虛通道(VirtualChannel)連接和虛通路(VirtualPath)連接。ATM是面向連接的ATM采用虛電路的方式交換信息，用戶向網(wǎng)絡(luò)144VP與VC的概念VP與VC的概念145ExampleofVPsandVCsExampleofVPsandVCs146ATM交換ATM交換是基于VPI/VCI組合實現(xiàn)的。ATM交換機實際上是將一個輸入的VPI/VCI信元，映射到輸出VPI/VCI信元。交換方式有兩種：VP交換和VC交換。引入VP交換的好處：①便于管理，簡化ATM交換機；②提高ATM交換的速率。ATM由ITU-T主管，由ATMForum管理具體的標(biāo)準(zhǔn)。ATM交換ATM交換是基于VPI/VCI組合實現(xiàn)的。ATM交147ArchitectureofanATMNetworkArchitectureofanATMNetwork148信息語義透明性課件149ATM特點

不進行逐段鏈路差錯和流量控制

面向連接

信頭功能簡單

信元長度小而固定

用戶信息透明地穿過網(wǎng)絡(luò)ATM特點不進行逐段鏈路差錯和流量控制150ATM的優(yōu)點支持任何業(yè)務(wù)（不同速率，不同突發(fā)性，不同實時性）有效利用網(wǎng)絡(luò)資源（統(tǒng)計復(fù)用）單一通信網(wǎng)（B-ISDN）ATM的優(yōu)點支持任何業(yè)務(wù)（不同速率，不同突發(fā)性，不同實時151ATM網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)ATM網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)152四層三面的立體結(jié)構(gòu)。四層是高層、AAL層、ATM層和物理層。 與OSI七層的對應(yīng)關(guān)系是：高層 –NL3層、4-7層AAL、ATM–DL2層物理層 –PH1層（問題：ATM是屬于第二層還是第三層協(xié)議？）有的參考書上寫ATM屬于一層半(1.5層)協(xié)議。三個面是用戶面、控制面和管理面。前兩個面可以理解為用戶-網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)和網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口(NNI)。注意，管理面是針對全部協(xié)議的。四層三面的立體結(jié)構(gòu)。153管理平面提供了層管理和平面管理兩種功能。層管理執(zhí)行與各層實體中的資源和參數(shù)有關(guān)的功能。平面管理執(zhí)行與系統(tǒng)整體有關(guān)的管理功能，協(xié)調(diào)各平面之間的關(guān)系。平面管理不分層次。這兩種管理共同完成整個網(wǎng)絡(luò)的維護與運行功能。用戶平面與控制平面用戶平面用來傳送用戶數(shù)據(jù)、流量控制、差錯控制和其它一些用戶功能信息；控制平面處理為建立和釋放連接所需的信令。管理平面154信息語義透明性課件155物理層分為兩個子層：物理媒體相關(guān)(PhysicalMediaDependent)子層，即PMD子層，和傳輸匯聚(TransmissionConvergence)子層，即TC子層。PMD子層。負(fù)責(zé)在物理媒體上正確傳輸和接收比特流。它完成只和媒體相關(guān)的功能。例如，線路編碼與解碼、比特定時、光電信號轉(zhuǎn)換等。TC子層。實現(xiàn)信元流和比特流的轉(zhuǎn)換，包括速率匹配(空閑信元的插入)、信元定界與同步、傳輸幀的產(chǎn)生與恢復(fù)等。物理層分為兩個子層：物理媒體相關(guān)(PhysicalMedi156PhysicallayerTransmissionconvergencesublayerPhysicalmediumdependentsublayerPhysicalmediumATMlayerPhysicallayerFigure9.6PhysicallayerTransmissioncon157ATM層主要完成交換功能和復(fù)用功能。生成(或去除)信元標(biāo)頭，裝配(或拆卸)信元，實現(xiàn)信元的復(fù)用與解復(fù)用。信元的VPI/VCI轉(zhuǎn)接，即完成信元交換功能。一般的流量控制。匯集信元到物理接口(或從物理接分檢信元)。網(wǎng)絡(luò)阻塞控制與放棄信元。ATM層主要完成交換功能和復(fù)用功能。158ATMLayerATMLayer159ATM適配層(AAL)增強ATM層所提供的服務(wù)，并向高層提供各種不同的服務(wù)。AAL層又劃分為兩個子層匯聚子層CS(ConvergenceSublayer)。使ATM系統(tǒng)可以對不同的應(yīng)用(如文件傳送、視頻點播……)提供相應(yīng)的服務(wù)。每一個AAL用戶通過服務(wù)訪問點SAP接入AAL層。在CS子層形成協(xié)議數(shù)據(jù)單元CS-PDU。拆裝子層SAR(SegmentationAndReassembly)。在發(fā)送時，將CS-PDU劃分成長度為48字節(jié)的單元，交給ATM層作為信元的凈荷。在接收時，SAR子層進行相反的操作，將ATM層交上來的48字節(jié)的凈荷裝配在CS-PDU。ATM適配層(AAL)增強ATM層所提供的服務(wù)，并向高層提供160AALLayerSegmentationandReassemblySublayerAALLayerConvergenceSublayerCommonPartServiceSpecificConvergenceSublayerFigure9.9AALLayerSegmentationandReas161ATMLayersinEnd-PointDevicesandSwitchesATMLayersinEnd-PointDevice162ATM網(wǎng)絡(luò)向用戶所提供的服務(wù)服務(wù)類別(class)A類B類C類D類AAL類型(type)AAL1AAL5AAL2AAL5AAL3/4AAL5AAL3/4AAL5比特率恒定可變是否需同步需要不需要連接方式面向連接應(yīng)用舉例64kbps話音變比特圖像面向連接數(shù)據(jù)無連接數(shù)據(jù)ATM網(wǎng)絡(luò)向用戶所提供的服務(wù)服務(wù)類別A類B類C類D類AAL類163AAL層的類型AAL1類型針對電路交換業(yè)務(wù)AAL2類型針對低速率、短時延的分組業(yè)務(wù)AAL3/4類型針對無連接的可變速率數(shù)據(jù)AAL5類型面向連接的可變速率數(shù)據(jù)不做任何處理，只增加8字節(jié)的Trailer，加上PAD后變?yōu)?8字節(jié)的整數(shù)倍，然后送給SAR層。SAAL類型(SignalingAAL)AAL層的類型AAL1類型164AALTypesAALTypes165AAL1AAL1166AAL2AAL2167AAL3/4AAL3/4168AAL5AAL5169中間的ATM交換機只負(fù)責(zé)到ATM層的轉(zhuǎn)發(fā)。

AALATMUserinformationUserinformationAALATMPHYPHYATMPHYATMPHY…EndsystemEndsystemNetwork用戶面協(xié)議端到端傳輸過程中間的ATM交換機只負(fù)責(zé)到ATM層的轉(zhuǎn)發(fā)。AALATMUs170ATM信元ATM信元大小的確定ATM信元的結(jié)構(gòu)HEC控制算法ATM信元的定界ATM信元ATM信元大小的確定171ATM信元大小的確定信元大小的確定取決于三個因素傳輸效率時延實現(xiàn)的復(fù)雜性。從實時通信來看，小的信元可以減小時延和排隊時間，固定大小便于硬件處理和交換，但信元過小會降低傳輸效率。歐洲提出32+4的方案。美國提出64+5的方案，經(jīng)過長期爭論，最后ITU-T采取折衷的方式：（32+64）/2=48。（不倫不類，不是二的冪次，后患無窮。）

ATM信元大小的確定信元大小的確定取決于三個因素172ATM信元的幀格式ATM信元的幀格式173ATMcellheaderGFC(4bits)VPI(4bits)VPI(4bits)VCI(4bits)VCI(8bits)VCI(4bits)PT(3bits)CLP(1bit)HEC(8bits)Payload(48bytes)ATM信元的結(jié)構(gòu)ATMcellheaderGFC(4bits)VPI174ATM信元的結(jié)構(gòu)ATM信元=5字節(jié)的信頭+48字節(jié)的信息GFC一般流量控制，只用于UNI，而在NNI中GFC的4比特用于VPI。VPI虛通路，對UNI是8比特，對NNI是12比特。VCI虛通道，12比特。PT=PayloadType=b0b1b2,b0=0data,b0=1control。CLP=CellLossPriority比特,CLP=1表示可丟，CLP=0不可丟。HEC=HeaderChecksum，8比特，是前四個字節(jié)的校驗，采用CRC-8=X^8+X^2+X+1。ATM信元的結(jié)構(gòu)ATM信元=5字節(jié)的信頭+48字節(jié)的175VirtualConnectionIdentifiersinUNIsandNNIsVirtualConnectionIdentifiers176ATMHeaderATMHeader177PTFieldsPTFields178沒有幀標(biāo)志字段，完全依靠HEC信頭的特性來確定ATM信元。糾錯狀態(tài)–檢錯狀態(tài)HEC控制算法沒有幀標(biāo)志字段，完全依靠HEC信頭的特性來確定ATM信元。H179ATM信頭的差錯控制算法ATM信頭的差錯控制算法180接收端HEC的控制算法接收端HEC的控制算法181ATM信元的定界基于HEC同步算法注意ATM中沒有采用HDLC的幀結(jié)構(gòu)，有自己獨特的檢驗和定界算法。ATM信元可以放入其它數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中傳輸，例如ATM信元可以在SDH中傳輸。但ATM信元本身有定界特性，因此，也可以直接放在物理層上傳輸。ATM信元的定界基于HEC同步算法182ATM信元的定界方法ATM信元的定界方法183ATM信元在SDH中的傳輸ATM信元在SDH中的傳輸184虛連接ATM中由兩種虛連接VP和VC。其中，VC連接又可以分為PVC(PermanentVirtualConnection)SVC(SwitchedVirtualConnection)虛連接ATM中由兩種虛連接VP和VC。185ConnectionIdentifiersConnectionIdentifiers186SVCSetupSVC187ATM交換過程ATM交換過程188QoS服務(wù)質(zhì)量持續(xù)的信元速率峰值信元速率最小信元速率信元延遲抖動偏差信元丟失率信元傳送時延信元時延偏差誤信元率QoS服務(wù)質(zhì)量持續(xù)的信元速率峰值信元速率最小信元速率信元延遲189ATM網(wǎng)絡(luò)性能信息（語義）透明性（Information(Semantic)transp